verilog hdl 矩阵键盘实验报告要点

EDA实验报告

学院：物信学院

专业：电信一班

小组成员：

杨义，王祺，陈鹏，秦成晖指导老师：***

目录

实验题目 (3)

实验目的 (3)

实验原理 (3)

实验内容 (5)

实验程序 (5)

实验步骤 (10)

实验结果 (10)

实验体会 (10)

附录 (11)

一．实验题目：

矩阵键盘显示电路设计

二．实验目的：

1.了解普通4×4键盘扫描的原理。

2.进一步加深七段码管显示过程的理解。

3.了解对输入/输出端口的定义方法。

三．实验原理：

软键盘的工作方式：

通常在一个键盘中使用了一个瞬时接触开关，并且用

如图所示的简单电路，微处理器可以容易地检测到闭合。当开关打开时，通过处理器的I/O 口的一个上拉电阻提供逻辑1；当开关闭合时，处理器的/IO 口的输入将被拉低

得到逻辑0。可遗憾的是，开关并不完善，因为当它们被按下或者被释放时，并不能够产生一个明确的1 或者0。尽管触点可能看起来稳定而且很快地闭合，但与微处理器快速的运行速度相比，这种动作是比较慢的。当触点闭合时，其弹起就像一个球。弹起效果将产生如图10-2 所示的好几个脉冲。弹起的持续时间通常将维持在5ms∼30ms 之间。如果需要多个键，则可以将每个开关连接到微处理器上它自己的输入端口。然而，当开关的数目增加时，这种方法将很快使用完所有的输入端口。

键盘上阵列这些开关最有效的方法（当需要5 个以上的键时）就形成了一个如图10-3 所示的二维矩阵。当行

和列的数目一样多时，也就是方型的矩阵，将产生一个最优化的布列方式（I/O 端被连接的时候）。一个瞬时接触开关（按钮）放置在每一行与线一列的交叉点。矩阵所需的

键的数目显然根据应用程序而不同。每一行由一个输出端口的一位驱动，而每一列由一个电阻器上拉且供给输入端口一位。

键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，

首先固定输出4行为高电平，然后输出4列为低电平，在读入输出的4行的值，通常高电平会被低电平拉低，如果读入的4行均为高电平，那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。

获取到行值和列值以后，组合成一个8位的数据，根

据实现不同的编码在对每个按键进行匹配，找到键值后在7段码管显示。

四．实验内容：

本实验要求完成的任务是通过编程实现对4X4矩阵键盘按下键的键值的读取，并在数码管上完成一定功能（如移动等）的显示。按键盘的定义，按下“*”键则在数码管是显示“E”键值。按下“#”键在数码管上显示“F”键值。其它的键则按键盘上的标识进行显示。

在此实验中数码管与FPGA的连接电路和管脚连接在以前的实验中都做了详细说明，这里不在赘述。本实验箱上的4X4矩阵键盘的电路原理如图所示

五．实验程序：

Module key(clk, reset,row, col, key_value );

input clk,reset;

input [3:0] row;

output [3:0] col;

output [3:0] key_value;

reg [3:0] col;

reg [3:0] key_value;

reg [5:0] count;//delay_20ms

reg [2:0] state; //状态标志

reg key_flag; //按键标志位

reg clk_500khz; //500KHZ时钟信号

reg [3:0] col_reg; //寄存扫描列值

reg [3:0] row_reg; //寄存扫描行值

always @(posedge clk or negedge reset)

if(!reset) begin clk_500khz<=0; count<=0; end else

begin

if(count>=50) begin

clk_500khz<=~clk_500khz;count<=0;end

else count<=count+1;

end

always @(posedge clk_500khz or negedge reset) if(!reset) begin col<=4'b0000;state<=0;end

else

begin

case (state)

0:

begin

col[3:0]<=4'b0000;

key_flag<=1'b0;

if(row[3:0]!=4'b1111) begin state<=1;col[3:0]<=4'b1110;end //有键按下，扫描第一行

else state<=0;

end

1:

begin

if(row[3:0]!=4'b1111) begin state<=5;end //判断是否是第一行

else begin state<=2;col[3:0]<=4'b1101;end //扫描第二行end

2:

begin

if(row[3:0]!=4'b1111) begin state<=5;end //判断是否是第二行

else begin state<=3;col[3:0]<=4'b1011;end //扫描第三行end

3:

begin

if(row[3:0]!=4'b1111) begin state<=5;end //判断是否是第三一行